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Effect of Polyamine Priming on Seed Vigor and Seedling Chilling Tolerance in Eggplant

多胺引发处理对茄子种子活力及幼苗耐冷性的影响



全 文 :园 艺 学 报 2010,37(11):1783–1788
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期:2010–07–27;修回日期:2010–10–08
基金项目:科技部成果转化基金项目(05EFN211300022);河北省自然科学基金项目(C2006000450)
* 通信作者 Author for correspondence(E-mail:shensx@hebau.edu.cn;hdyp-zh@163.com)
多胺引发处理对茄子种子活力及幼苗耐冷性的
影响
张彦萍 1,2,刘海河 1,2,申书兴 1,*,张成合 1,张新娥 1
(1 河北农业大学园艺学院,河北保定 071001;2河北工程大学农学院,河北邯郸 056021)
摘 要:以‘丰研 2 号’茄子种子为试材,分别用 0.25 mmol · L-1 的亚精胺(Spd)和精胺(Spm)
引发处理 24 h 后,分别在 10、15、25 ℃条件下进行种子发芽试验,并测定幼苗耐冷性等生理生化指标。
结果显示,Spd 和 Spm 处理可显著提高种子在低温胁迫条件下的活力,促进幼苗生长,显著降低了低温
胁迫条件下幼苗细胞质膜透性和 MDA 含量,提高了抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性和脯氨酸、可溶
性蛋白质的含量,表明多胺引发处理对提高低温胁迫下茄子种子活力及增强幼苗耐冷性具有重要作用。
关键词:茄子;种子引发;多胺;低温胁迫;种子活力;耐冷性;生理指标
中图分类号:S 641.1 文献标识码:A 文章编号:0513-353X(2010)11-1783-06

Effect of Polyamine Priming on Seed Vigor and Seedling Chilling Tolerance
in Eggplant
ZHANG Yan-ping1,2,LIU Hai-he1,2,SHEN Shu-xing1,,ZHANG Cheng-he1,and ZHANG Xin-e1
(1College of Horticulture,Hebei Agricultural University,Baoding,Hebei 071001,China;2College of Agromomy,Heibei
Engineering University,Handan,Hebei 056021,China)
Abstract:Effects of Spd and Spm treatments on eggplant(Solanum melongena L.)seed vigor and
seedling chilling tolerance were studied under chilling stress. Seeds of eggplant hybrid‘Fengyan 2’were
soaked with 0.25 mmol · L-1 of Spd and Spm,respectively for 24 h in dark under 10 ℃,15 and 25℃ ℃,
and the control was not treated with Spd and Spm. The seed vigor indices and seedling chilling tolerance
indices between treatment and untreatment were investigated and compared. Results showed that Spd and
Spm treatments significantly improved seed vigor and seeding growth,raised the activities of POD,CAT
and SOD,increased soluble protein and Pro contents,and decreased membrane permeability and MDA
contents. The results suggested that Spd and Spm played a vital role in promoting eggplant seed vigor and
seedling chilling tolerance.
Key words:eggplant;seed priming;polyamine;chilling stress;seed vigor;chilling tolerance;
physiological index

茄子(Solanum melongena L.)种子发芽和幼苗生长对环境条件要求严格,冬春育苗时,在温度
低于 15 ℃的逆境条件下,常出现发芽、出苗缓慢,发芽不整齐和成苗率降低的现象(姚明华 等,

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2001)。种子引发可以改善种子发芽特性,加快出苗并使出苗一致,增强种子在不利温度下的活力。
种子引发常用的化学药剂有无机盐、聚乙二醇(PEG)及激素等(Nayyar et al.,1995;阮松林和薛
庆中,2002)。研究表明,多胺(polyamine)处理可提高玉米(郑昀晔 等,2008)和莴苣(Irena,
1988)种子的发芽能力,还可缓解盐胁迫对大麦(Sun et al.,2002)、小麦(Duan et al.,2006)、
黄瓜(段九菊 等,2009)等植物幼苗的盐害;叶面喷施外源多胺能够提高柑桔幼苗体内抗氧化酶活
性,从而提高柑桔的抗寒性(林定波 等,1994);亚精胺(spermidine,Spd)或精胺(spermine,
Spm)可显著增加毛豆的抗寒能力(Guye,1987)。
本试验中选用 Spd 和 Spm 作为种子引发剂,研究在低温胁迫下,多胺引发对茄子种子活力及幼
苗膜脂过氧化、保护酶活性及保护性物质含量等方面的影响,寻求提高茄子种子活力和幼苗抗寒性
的方法,以期为多胺引发技术在茄子冬春育苗生产上的应用提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料
试验于2009年2—5月在河北工程大学农学院进行。茄子品种为‘丰研2号’,由北京市丰台区
农业技术推广中心生产,原始含水量8%。
1.2 方法
种子引发处理:种子用0.3% NaClO消毒5 min,用无菌水冲洗干净后分成两份,每份10 g,分别
用100 mL的0.25 mmol · L-1 Spd和Spm溶液浸种24 h进行引发。引发结束后,将种子用蒸馏水快速冲
洗干净,用滤纸吸干表面水分后于35 ℃回干至原含水量(8%),然后密封于4 ℃冰箱贮藏待用。对
照为经0.3% NaClO消毒5 min而未经引发处理的种子。
种子发芽试验:取两层滤纸平展在直径为9 mm的玻璃培养皿中用水浸湿,将对照和处理种子均
匀摆放在滤纸上,每处理1皿,每皿100粒,放入培养箱中培养萌发,处理温度为10 ℃、15 ℃和25 ℃,
4次重复。各处理每日分别加入适量的蒸馏水以保证正常生长。
种子活力测定:按农作物种子检验国家标准,7 d测定种子发芽势,14 d统计其发芽率,测定苗
鲜样质量、发芽指数和活力指数。发芽指数Gi = Σ(Gt/Dt),活力指数Vi = S × Σ(Gt/Dt)。Gt为t
日的发芽数,Dt为相应的发芽日数,S为幼苗鲜样质量。
生理生化指标测定:细胞质膜透性的测定参照杨根平等(1993)的方法;超氧化物歧化酶(SOD)、
氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、淀粉酶活性,丙二醛(MDA)、Pro 和可溶性蛋白质含
量的测定参照李合生(2001)的方法;蛋白酶活性测定参考吴光南等(1985)的方法。每处理分别
于发芽 14 d 取 20 株幼苗测定以上指标,重复 3 次。应用 SAS 统计软件处理所有数据。
2 结果与分析
2.1 多胺引发处理对低温胁迫下茄子种子活力的影响
从表 1 可以看出,茄子种子的发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数随着温度的降低呈显著下
降趋势。Spd 和 Spm 引发处理均能显著提高低温下茄子种子的发芽势、发芽率、发芽指数和活力指
数,且 Spd 引发处理效应显著高于 Spm 处理,表明 Spd 和 Spm 引发处理能显著提高低温胁迫下种
子活力,加快茄子种子的发芽速率。
11 期 张彦平等:多胺引发处理对茄子种子活力及幼苗耐冷性的影响 1785

表 1 多胺对低温下茄子种子发芽势、发芽率、发芽指数及活力指数的影响
Table 1 Effect of polyamine on germination potential,germination rate,germination index and
vigor index of eggplant seed under chilling stress
注:表中不同字母表示不同处理间的差异显著(P<0.05,LSR 测验)。下同。
Note:Different letters show significant difference between treatments at P<0.05 according to LSR test. The same below.
2.2 多胺引发处理对低温胁迫下茄子幼苗生长的影响
由表2可见,在低温胁迫条件下,茄子幼苗胚根长度、胚芽长度和全株鲜样质量皆随着温度的
降低呈下降趋势。Spd和Spm引发处理后均能使其显著提高,且Spd引发处理效果显著高于Spm处理,
表明Spd和Spm引发能促进低温胁迫下茄子幼苗的生长,而且对低温下茄子幼苗根系生长也有明显促
进作用,表现根/冠比显著增大。

表 2 多胺对低温下茄子幼苗生长的影响
Table 2 Effect of polyamine on seedling growth of eggplant under chilling stress
2.3 多胺引发处理对低温胁迫下茄子幼苗膜透性、MDA、可溶性蛋白和脯氨酸含量的影响
从表3可以看出,茄子幼苗的电解质渗透率随种子处理温度下降而显著升高,Spd和Spm引发处
理显著降低了由于低温胁迫引起的细胞内电解质外渗,表明其对保持幼苗细胞膜的稳定性具有一定
的作用,Spd处理的效果显著高于Spm处理。
低温胁迫下茄子幼苗的MDA含量随温度降低呈增加趋势,Spd和Spm引发显著降低了低温胁迫
下幼苗MDA含量,表明Spd和Spm可以减轻低温胁迫导致的幼苗膜脂过氧化程度,Spd处理的效果显
著高于Spm处理(表3)。
低温胁迫幼苗可溶性蛋白质含量明显降低,Spd和Spm浸种处理后,幼苗可溶性蛋白质含量明显
升高,表明Spd和Spm引发处理促进了低温条件下幼苗的可溶性蛋白质的合成,在10 ℃和15 ℃条件
下,Spd处理效果显著高于Spm处理(表3)。
在低温胁迫下,幼苗体内脯氨酸含量随温度的降低呈上升趋势,Spd和Spm引发处理可进一步显
著提高幼苗体内脯氨酸的含量,在10 ℃条件下,Spd引发脯氨酸的含量增加最多(表3)。植物体内
游离脯氨酸作为细胞质的渗透调节物质,其含量的增加可以增加细胞的原生质浓度,维持膜在低温
下的正常功能,有利于提高茄子幼苗的耐冷性。
处理
Treatment
发芽势/%
Germination potential
发芽率/%
Germination rate
发芽指数
Germination index
活力指数
Vigor index
25 ℃(对照 Control) 52.6 ± 1.74 b 96.2 ± 1.21 a 85.26 ± 1.61 ab 57.98 ± 2.07 b
10 ℃ 19.6 ± 0.89 g 48.3 ± 1.55 f 52.62 ± 1.74 f 26.31 ± 0.93 g
15 ℃ 30.8 ± 1.54 f 61.2 ± 2.95 e 60.80 ± 3.30 e 34.05 ± 1.45 f
Spm + 10 ℃ 35.8 ± 2.29 e 65.2 ± 2.75 d 65.48 ± 1.92 d 37.98 ± 1.67 e
Spm + 15 ℃ 41.6 ± 1.47 d 81.6 ± 1.38 c 76.52 ± 2.76 c 47.44 ± 1.58 d
Spd + 10 ℃ 46.2 ± 3.58 c 88.6 ± 1.47 b 81.30 ± 3.13 b 50.41 ± 1.79 c
Spd + 15 ℃ 56.8 ± 1.35 a 96.5 ± 2.17 a 86.32 ± 1.74 a 62.15 ± 0.94 a
处理
Treatment
胚根长/cm
Radicle length
胚芽长/cm
Embryo length
全株鲜样质量
/(g · plant-1)
Plant fresh mass
根/冠比
Root/shoot ratio
25 ℃(对照Control) 3.48 ± 0.14 b 2.75 ± 0.04 b 0.68 ± 0.05 ab 0.38 ± 0.017 ab
10 ℃ 2.03 ± 0.12 e 1.90 ± 0.13 d 0.50 ± 0.02 d 0.18 ± 0.027 f
15 ℃ 2.35 ± 0.12 d 2.35 ± 0.10 c 0.56 ± 0.04 cd 0.22 ± 0.012 e
Spm + 10 ℃ 2.42 ± 0.13 d 2.32 ± 0.06 c 0.58 ± 0.06 c 0.28 ± 0.023 d
Spm + 15 ℃ 2.89 ± 0.17 c 2.56 ± 0.20 b 0.62 ± 0.02 bc 0.33 ± 0.014 c
Spd + 10 ℃ 3.52 ± 0.13 b 2.68 ± 0.11 b 0.62 ± 0.03 bc 0.36 ± 0.020 bc
Spd + 15 ℃ 3.79 ± 0.17 a 3.02 ± 0.14 a 0.72 ± 0.03 a 0.41 ± 0.017 a
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表 3 多胺对萌发期间各处理幼苗细胞质膜透性、MDA、可溶性蛋白和脯氨酸含量的影响
Table 3 Effect of polyamine on membrance permeability,MDA,content of soluble protein and
proline of eggplant during germination
处理
Treatment
膜透性/%
Membrance permeability
MDA/
(mmol · g-1)
可溶性蛋白/(μg · g-1)
Protein
脯氨酸/(μg · g-1)
Praline
25 ℃(对照 Control) 27.32 ± 1.15 e 0.45 ± 0.012 g 20.12 ± 1.98 a 69.26 ± 2.50 g
10 ℃ 46.02 ± 2.06 a 1.78 ± 0.04 6 a 12.42 ± 0.73 e 86.92 ± 2.21 e
15 ℃ 40.10 ± 1.26 b 1.47 ± 0.035 b 15.35 ± 1.31cd 79.21 ± 1.79 f
Spm + 10 ℃ 35.68 ± 0.66 c 1.22 ± 0.036 c 15.12 ± 1.18 d 105.23 ± 3.76 c
Spm + 15 ℃ 30.62 ± 1.40 d 0.86 ± 0.011 d 16.02 ± 0.59 cd 95.21 ± 2.64 d
Spd + 10 ℃ 25.67 ± 1.53 e 0.63 ± 0.026 e 17.38 ± 1.43 c 126.56 ± 3.34 a
Spd + 15 ℃ 23.07 ± 1.61 f 0.51 ± 0.018 f 18.65 ± 1.65 ab 113.26 ± 4.15 b
2.4 多胺引发处理对低温胁迫下茄子幼苗抗氧化酶活性的影响
从表4可看出,低温胁迫条件下,随着温度的降低,幼苗体内SOD活性呈明显升高,Spd和Spm
引发处理后幼苗体内的SOD活性显著增加,在10 ℃低温下,Spd和Spm引发较未引发处理的幼苗SOD
活性分别增加了31.70%和19.25%,在15℃时分别增加了29.51%和16.14%。SOD活性维持在较高的水
平,可以减轻低温胁迫下产生的超氧阴离子自由基对茄子幼苗的伤害。
低温处理明显降低了CAT活性,Spd和Spm浸种处理后,幼苗CAT活性显著提高。POD活性变化
与SOD一致,且在10 ℃和15 ℃低温条件下,Spd和Spm引发处理分别较未引发处理显著增加,表明
Spd和Spm增强了幼苗CAT和POD活性,这对清除低温胁迫产生的H2O2等有害自由基有重要作用。

表 4 萌发期间各处理幼苗POD、SOD和CAT活性
Table 4 POD activity,SOD activity and CAT activity of eggplant during germination
处理
Treatment
SOD/
(U · g-1 · h-1)
POD/
(µg · g-1 · min-1)
CAT/
(mg · g-1 · min-1)
25 ℃(对照 Control) 96.32 ± 2.56 g 140.21 ± 3.98 g 16.03 ± 1.07 a
10 ℃ 156.28 ± 5.52 e 163.17 ± 2.50 e 8.23 ± 0.64 f
15 ℃ 148.45 ± 3.99 f 153.49 ± 5.93 f 10.27 ± 1.21 e
Spm + 10 ℃ 186.37 ± 3.97 c 185.31 ± 4.14 c 11.31 ± 0.65 de
Spm + 15 ℃ 172.41 ± 3.48 d 173.67 ± 2.07 d 12.68 ± 1.69 cd
Spd + 10 ℃ 205.83 ± 6.35 a 232.61 ± 4.34 a 13.98 ± 1.19 bc
Spd + 15 ℃ 192.26 ± 3.43 b 208.69 ± 5.67 b 15.37 ± 0.76 b
3 讨论
多胺参与种子萌发的调节,如在水稻(Sen et al.,1981)、云杉(Huang & Villanueva,1992)
种子萌发过程中有多胺的积累。本研究结果显示,茄子种子在经Spd和Spm渗调处理后,明显提高了特
别是低温胁迫下茄子种子发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数,使茄子种子发芽快且整齐,活力
强,幼苗健壮。这与白旭等(2009)利用外源多胺处理光敏性莴苣种子的研究结果相似。
植物遭遇低温胁迫时,细胞内积累大量活性氧,细胞膜发生膜脂过氧化,膜透性增大(Fridovich,
1978)。低温胁迫后,SOD、POD和CAT等组成的保护酶系在清除活性氧、保持细胞膜稳定性方面
起着重要的作用(Nakano & Asada,1981)。植物体内游离脯氨酸(Pro)和可溶性蛋白可作为胞质
渗压剂也对低温胁迫下的植物细胞起保护作用。本试验结果表明,Spd和Spm引发处理可缓解低温胁
迫对茄子种子萌发和幼苗生长的伤害,促进种子发芽和幼苗生长,提高低温胁迫下茄子幼苗抗氧化酶
SOD、CAT和POD活性,提高幼苗Pro和可溶性蛋白质含量,增强幼苗的耐冷能力,这与前人用多胺
处理玉米(郑昀晔 等,2008)、小麦(Xu et al.,2001)、柑桔(林定波 等,1994)、毛豆(Guye,1987)
的报道结果一致,表明多胺在茄子幼苗抗冷过程中参与酶活性的调节,对稳定细胞膜结构、防止膜
11 期 张彦平等:多胺引发处理对茄子种子活力及幼苗耐冷性的影响 1787

损伤和膜渗透、维持膜的完整性起着积极的作用。
多胺促进种子萌发、提高植物体内抗氧化酶活性、保护膜的完整性的作用机制一般归因于它们
的多聚阳离子性质。多胺可与膜上带负电荷的磷脂分子头部及其他带负电的基团结合,保持细胞膜
稳定性同时也间接地调节膜结合酶的活性(Uckel et al.,2005);多胺可以作为第二信使转导环境
刺激,参与植物防御响应(Su,2008);多胺作为质子来源可以直接清除自由基(Wang,1995)。
本试验结果表明,Spd和Spm引发处理在缓解低温胁迫、提高种子活力、促进幼苗生长、提高POD、
CAT、SOD等抗氧化酶活性和可溶性蛋白、Pro含量等方面,Spd的作用大于Spm。这与Nayyar和
Chander(2004)、郑昀晔等(2008)的研究结果相似。Songstad等(1990)对玉米愈伤组织的研究
发现,当在培养基中分别加入不同多胺组分时,以Spm抗冷性效果最佳。这些研究结果表明,不同
多胺组分作用的差异可能与多胺的分子结构、带电性质、氨基酸数目有关。不同多胺组分作用的差
异与材料的关系,有待进一步研究。

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